专家观点 | 张珑慧:氢能行业技术路线浅析及产业化应用方向展望
专家观点 | 张珑慧:氢能行业技术路线浅析及产业化应用方向展望
我国已搭建了一批氢能产业相关研究机构和创新平台,初步建立了氢能全产业链、技术链,并积极开展关键技术研发攻关。本篇将浅析氢能技术路线图,并讨论我国未来氢能产业化发展方向。
01氢能技术路线图
根据我国氢能产业环节特点,形成氢能制取与转存技术、存储与输配技术、原料与动力技术三大技术板块。考虑到我国氢能产业总体目标和发展思路,研究进行了2024-2060年各阶段主流技术发展路径及关键指标预测(图1)。
2024年至2030年目标是完成技术链产业链铺垫布局,聚焦电解槽提效降本,推进交通、工业清洁氢示范及电力系统燃氢发电研发。此阶段可再生能源制氢成本偏高、储输技术加速迭代,应用集中于交通与工业领域:工业以化石能源制氢为过渡,优先推广绿氢在可再生氢炼化等成熟场景的原料应用;交通聚焦重卡、商用车等场景;发电与建筑领域侧重氢氨燃气轮机及质子交换膜燃料电池,优先发展调峰发电、热电联供功能。
2030年至2035年推进储运技术进一步降本增效,可再生能源发电离网制氢成为趋势,可再生能源发电电价持续下降、电解水制氢技术加速迭代,终端用氢成本持续优化。交通领域拓展飞机、铁路机车等新应用,发电与建筑领域的用氢规模扩大,发展提速。
2035年起进入快速增长期,深入推进相关技术研发应用,逐步形成多元化、规模化的用氢格局。2050年起,持续提高新兴技术研发水平,充分发挥可再生氢对低碳发展和产业转型升级的支撑作用。可再生能源发电电价持续下降,多领域用氢场景逐步成熟,规模化效益日益凸显,各领域大规模存储需求降低。该阶段主要为应用规模效益导向,工业、交通、电力领域在终端用氢分布均占有较大比例。化石能源制氢逐步淘汰,工业绿氢原料应用规模快速上升;交通燃料电池车爆发式增长,飞机、船舶实现规模化应用;发电领域氢氨燃气轮机技术快速发展,用氢规模超过质子交换膜燃料电池;建筑领域质子交换膜燃料电池应用成熟、用氢规模进一步提升。
到2060年,可再生能源制氢规模化效益明显,氢能配合柔性可调节终端技术在工业、交通、电力、建筑各场景展开应用,近80%场景较传统技术路径经济性更优。工业基本淘汰化石能源制氢,冶金、炼化实现绿氢规模化应用;交通领域技术成熟度达最高水平,飞机、船舶规模化应用;发电领域氢氨燃气轮机商业化,纯氢燃机成为电力系统灵活性关键技术;建筑领域在工业园区、偏远地区发挥重要作用。
02氢能产业化发展方向
截至2024年底,我国工业领域规划绿氨、绿醇项目超100个,产能超5000万吨,新疆库车绿氢、山东临沂纯氢冶金等项目落地见效;交通领域推广燃料电池汽车近2.8万辆、加氢站超540座,氢能源动力火车、甲醇燃料船舶等示范展开;电力领域热电联供/发电项目超100个、规模超20兆瓦,2兆瓦级示范试运成功。总体来看,产业场景拓展稳中有进,合成燃料、冶金规模化需求有望快速增长,电力领域热电联供与储能发电逐步破局,仅交通车辆需求未达预期,航运领域示范拉动效应正逐步显现。
然而,项目落地推广和产业融合面临多重制约,截至2024年底,全国规划的绿氢合成氨、合成甲醇项目合计规划产能超5000万吨,实际在建建成产能却不足10%,燃料电池汽车推广量也未达预期。分析可知,在成本层面,生产侧低成本电价获取困难,供应链降本缓慢,项目运营成本高,规模化动力不足,而应用侧绿色减碳效益难以变现;基础设施建设滞后,导致陷入“先有鸡还是先有蛋”循环。此外,大规模、长距离、灵活高效的输配体系也尚未建立。
03发展趋势及对策
未来需依托规模化应用与大基地开发实现降本增效。深度挖掘低成本清洁低碳氢资源,推动氢能在多领域创新应用,当可再生能源制氢电解槽装机达100吉瓦左右,有望将制氢成本降至10-15元/千克。在可再生能源资源丰富、应用场景集中地区,构建可再生能源制氢基地+煤化工/煤制油/港口/矿山等闭环场景,为产业发展提供多价值链支撑。
同时,提供针对性政策供给。截止2024年底,已发布的超560项专项政策落地效果受限于执行碎片化、经济型缺失、标准滞后等矛盾。未来需进一步强化政策协同性,完善离网制氢动力供电保障、危化品运输许可等配套制度;建立健全氢基燃料供应、交易与认证体系,推动减碳价值纳入碳市场等交易平台等,为氢能产业规模化、高质量发展扫清障碍。
